在核电系统中，阀门既是系统控制和调节装置，同时又是承压设备，尤其是安装在核反应堆一回路的阀门，关系到反应堆的故障控制与安全运行，对核电站的安全可靠运行具有极为重要作用。

核级阀门

核电阀门是指在核电站中核岛（NI：Nuclear Island）、常规岛（CI：Conventional Island）和电站辅助设施（BOP：Balance of Plant）系统中使用的阀门。

从安全级别上分为核安全Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、非核级，其中核安全Ⅰ级要求最高。核电阀门在核电站中是使用数量较多的介质输送控制设备，不同类型和作用各异的阀门安装在核动力装置的回路、管道和动力设备上，是核电站安全运行中的必不可少的重要组成部分。

核电阀门是核电站中量大面广的水压设备，它连接整个核电站的300余个系统，可以说几乎电站的每一个系统都离不了阀门，以一座有2套百万千瓦级机组规模的压水堆核电站为例，需各类阀门3万台左右。

核电站中阀门的数量分布以大亚湾核电站为例，核岛部分占43.5%、常规岛部分占45%、辅助设施占11.5%。其核岛部分使用的各类阀门共有1.3万台。

图2.压水堆核电站阀门数量分布

在核电站筹建过程中，近2%的投资额用于阀门的购买、安装和调试；在机组运行期间，每年花费在阀门上的维修费用占维修总额的一半以上。一座具有两台百万千瓦机组的核电站每年总维修费用将在1.35亿元人民币左右。根据国际原子能组织（IAEA）对核电站事故案例统计分析，因阀门故障所造成的停机停堆和核泄漏等事故比例，在整个事故的统计数据中所占的比重很大，因此，必须对核阀引起足够的重视。

 不同堆型的核阀技术要求

核阀的工作环境较火电厂更加恶劣, 一回路的阀门大部分工作在高温、高压和高剂量环境，其安全性要求更高, 所以在设计使用时应着重考虑阀门的耐热性、热稳定性、耐蚀性、耐冲蚀性、放射性和抗振性(例如地震) 等特殊要求。因此, 对核阀零部件的材料化学成分、力学性能都有特殊要求。

轻水堆是现有核电站的主要堆型, 核阀的技术要求大多都是从该堆型的研究基础上开始的, 所以轻水堆核阀的技术要求较为通用, 其他堆型的核阀各有特点。

                        I.  重水堆  D2O的物理性能与普通水相近, 但D2O的热中子俘获截面只有普通水的七百分之一,且D2O对金属的腐蚀作用更小, 所以阀门的工作条件较其轻水堆要好。

                      II.  气冷堆  当冷却剂选用CO2时, CO2在5 00 ℃时辐照分解出原子态CO 和0。0能引起金属腐蚀，系统中渗人的水蒸气能和CO 在高温下发生反应并释放出原子态的H。H 一方面能与稳压器内的气体( N2、He或水蒸气) 发生反应，另一方面, 还能渗人金属材料的显微组织, 使金属材料塑性降低, 引起氢脆, 此堆型阀门材料不宜选用易与氢反应或易产生氢脆的金属材料。

当冷却剂选用He 时, 由于氦气是惰性气体, 性能稳定，且液氦有较好的传热和载热性, 使之成为目前高温石墨堆中最理想的冷却剂。但氦气价格昂贵, 同时具有很强的渗透性, 易发生渗漏, 阀门材料一般选用耐蚀性能优良的不锈钢。

                     III.  液态金属堆  现有核反应堆型中, 钠冷堆的工作参数较为复杂, 冷却剂出口温度高, 且钠的活性极强, 遇水就发生强烈的化学反应, 易起火引起爆炸, 所以对阀门密封性要求极高, 系统中不容许进人水或水蒸气；在某些情况下还禁止使用含钴元素的钢或合金。

阀门配置

一座由两套百万kW级机组装备的压水堆型核电站是比较常见的合理配置，在近3万台的阀门中CI用阀量较多,与相同等级的火电机组阀门作比较, 其特点是口径规格较大。因此从技术角度来看难度相对要低于NI用阀，BOP 用阀不仅量少, 而且技术难度更低一些。本文只对NI部分阀门的一些情况作扼要的介绍和分析。

NI用阀门按阀的类型区分主要有闸阀、截止阀、止回阀、球阀、蝶阀、隔膜阀、安全阀、减压阀、疏水阀和调节(控制)阀等。而按核安全(规范) 等级来分阀门又可分为核1 、2 及3级和非核级, 占NI阀门总数的份额分别约为2.3 %、30 %、22 %和45.7 %。

图3.核电站阀门配置

NI阀门结构及主要特点1.闸阀

闸阀是切断阀中最常见的阀类之一。核级闸阀主要有4种结构, 楔式弹性单闸板闸阀、楔式双闸板闸阀、带弹簧预紧的平行式双闸板闸阀和带顶块撑开的平行式双闸板闸阀。

闸阀安用途可分为切断阀、快速动作阀或保护阀。闸阀作为切断阀广泛地应用到公称尺寸大于DN100的动力装置上，最主要的优点是：①流体阻力小；②操作时作用在阀杆上的启闭力比较小；③可以任意选择介质的流动方向；④全开时，密封面受工作介质的冲蚀小；⑤形态结构比较简单，制造工艺性较好；⑥结构长度比较短。由于开启或关闭时阀杆的行程较大，故阀杆密封不适合采用波纹管密封结构。

图4.核一级快速启闭电动闸阀及结构图

采用的驱动方式有手动和电动两种, 用作电动闸阀的电传动装置应考虑电机的转动惯性对关闭力的影响, 最好采用带制动功能的电机，以防过载。

在核动力装置上最经常用的是楔式闸阀，楔式闸阀密封性更加具有保证，其中也包括在闸板上的压降较低，这种状态为楔式闸阀广泛应用起了决定性作用。

2.截止阀

核级截止阀通常有3种结构,填料式截止阀、波纹管式截止阀和金属膜片式截止阀。NI中截止阀是用在公称尺寸DN较小的情况，一般<DN150。截止阀阀体大多采用模锻成型, 进出口流道均需设计成由加工而成的带斜度的直孔,因此流体阻力相应来说较大。驱动方式一般为手动和气动, 采用电动时一定要考虑行程和力矩控制的准确性。

截止阀的显著优点是阀瓣的行程较小，仅为闸阀行程的1/4，这就有可能采用波纹管来密封阀杆与阀盖之间的活动连接。切断用的截止阀流道部分具有较大的流动阻力，因此，它主要用于常闭状态，以及诸如在事故情况下和在旁通管路、空气排放等情况下开启的阀门。由于截止阀阀杆的填料密封采用波纹管部件来实现完全密封，因此具有更加广泛地采用截止阀的趋势。

图5.截止阀结构示意图

切断用的截止阀在核动力装置上主要用在辅助管线上，大量的小公称尺寸截止阀安装在试验排放管线上，例如在供排放空气和蒸汽用的管路和设备的最高点，供输水用的管路和设备的最低点。切断用的截止阀应当只用在全开或全闭两个状态，依靠它来调节流量和压力是绝对禁止的，因为这会导致启闭件的密封性能很快被破损。